多线程环境下，HashMap为什么会出现死循环？

转自：powerfuler

链接：blog.csdn.net/dingjianmin/article/details/79780350

Java 中的 HashMap 是非线程安全的，多线程下应该用 ConcurrentHashMap。

多线程下 HashMap 的问题（这里主要说死循环问题）：

• 多线程 put 操作后，get 操作导致死循环；
• 多线程 put 非 null 元素后，get 操作得到 null 值；
• 多线程 put 操作，导致元素丢失。

1. 为何出现死循环

在多线程下使用非线程安全的 HashMap，单线程根本不会出现。

• HashMap 是采用链表解决 Hash 冲突。因为是链表结构，那么就很容易形成闭合的链路。这样在循环的时候，只要有线程对这个 HashMap 进行 get 操作就会产生死循环；
• 在单线程情况下，只有一个线程对 HashMap 的数据结构进行操作，是不可能产生闭合的回路的；
• 只有在多线程并发的情况下才会出现这种情况，那就是在 put 操作的时候。如果 size > initialCapacity*loadFactor，那么这时候 HashMap 就会进行 rehash 操作，随之 HashMap 的结构就会发生翻天覆地的变化。很有可能就是在两个线程在这个时候同时触发了 rehash 操作，产生了闭合的回路。

2. 死循环是如何产生的

存储数据 put()：

public V put(K key, V value) {    //......    //算Hash值    int hash = hash(key.hashCode());    int i = indexFor(hash, table.length);    //如果该key已被插入，则替换掉旧的value （链接操作）    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {       Object k;       if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {          V oldValue = e.value;          e.value = value;          e.recordAccess(this);          return oldValue;       }    }    modCount++;    //该key不存在，需要增加一个结点    addEntry(hash, key, value, i);    return null;}

当我们往 HashMap 中 put 元素的时候，先根据 key 的 hash 值得到这个元素在数组中的位置（即下标），然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。

如果这个元素所在的位置上已经存放有其他元素了，那么在同一个位置上的元素将以链表的形式存放。新加入的元素放在链头，而先前加入的放在链尾。

检查容量是否超标 addEntry：

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    //查看当前的size是否超过了我们设定的阈值threshold，如果超过，需要resize    if (size++ >= threshold) {       resize(2 * table.length);    }}

如果现在 size 已经超过了 threshold，那么就要进行 resize 操作。新建一个更大尺寸的 hash 表，然后把数据从老的 Hash 表中迁移到新的 Hash 表中。

调整 Hash 表大小 resize：

void resize(int newCapacity) {    Entry[] oldTable = table;    int oldCapacity = oldTable.length;    // ......    //创建一个新的Hash Table    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];    //将Old Hash Table上的数据迁移到New Hash Table上    transfer(newTable);    table = newTable;    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);}

当 table[] 数组容量较小，容易产生哈希碰撞。所以，Hash 表的尺寸和容量非常的重要。

一般来说，Hash 表这个容器当有数据要插入时，都会检查容量有没有超过设定的 thredhold。如果超过，需要增大 Hash 表的尺寸，这个过程称为 resize。

多个线程同时往 HashMap 添加新元素时，多次 resize 会有一定概率出现死循环。因为每次 resize 需要把旧的数据映射到新的哈希表，这一部分代码在 HashMap#transfer()  方法中：

void transfer(Entry[] newTable) {    Entry[] src = table;    int newCapacity = newTable.length;    //下面这段代码的意思是：    //从OldTable里摘一个元素出来，然后放到NewTable中    for (int j = 0; j < src.length; j++) {       Entry<K,V> e = src[j];       if (e != null) {          src[j] = null;          do {             Entry<K,V> next = e.next; //取出第一个元素             int i = indexFor(e.hash, newCapacity);             e.next = newTable[i];             newTable[i] = e;             e = next;          } while (e != null);       }    }}

标红代码是导致多线程使用 hashmap 出现 CPU 使用率骤增，出现死循环，从而多个线程阻塞的罪魁祸首。

3、图解 HashMap 死循环

3.1 正常的 reHash 的过程（单线程）

假设了我们的 hash 算法就是简单的用 key mod 一下表的大小（也就是数组的长度）。

最上面的是 old hash 表，其中的 Hash 表的 size=2,。所以 key = 3, 7, 5，在 mod 2 以后都冲突在 table[1] 这里了。

接下来的三个步骤是 Hash 表 resize 成 4，然后所有的 <key,value> 重新 rehash 的过程。

3.2 并发下的Rehash（多线程）

假设我们有两个线程。

 do {    Entry<K,V> next = e.next; // <--假设线程一执行到这里就被调度挂起了，执行其他操作    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);    e.next = newTable[i];    newTable[i] = e;    e = next; } while (e != null);

而我们的线程二执行完成了。于是我们有下面这张图：

注意：因为 Thread1 的 e 指向了 key(3)，而 next 指向了 key(7)，其在线程二 rehash 后，指向了线程二重组后的链表。我们可以看到，链表的顺序被反转后，在这里线程一变成了操作经过线程二操作后的 HashMap。

线程一调度执行。

• 先是执行 newTalbe[i] = e；
• 然后是 e = next，导致了 e 指向了 key(7)；
• 而下一次循环的 next = e.next 导致了 next 指向了 key(3)。

一切安好。

线程一接着工作。把 key(7) 摘下来，放到 newTable[i] 的第一个。然后把 e 和 next 往下移。

这个元素所在的位置上已经存放有其他元素了，那么在同一个位置上的元素将以链表的形式存放。新加入的放在链头，而先前加入的放在链尾。

环形链接出现：e.next = newTable[i] 导致  key(3).next 指向了 key(7)。

注意：此时的 key(7).next 已经指向了 key(3)， 环形链表就这样出现了。

于是，当我们的线程一调用到 HashTable.get(11) 时，悲剧就出现了——Infinite Loop。

这里介绍了在多线程下为什么 HashMap 会出现死循环。不过在真实的生产环境下，不会使用线程不安全的 HashMap。

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